Materia cosmica

Agli inizi del XX secolo, quando Theodore Wulf portò dei rilevatori di radiazione sulla Torre Eiffel, scoprì che essi registravano una maggior quantità di radiazioni sulla cima della torre di quanto non registrassero a terra, dove egli sapeva che la radioattività delle rocce era sufficiente a spiegare la presenza di una radiazione naturale.

Studi condotti su questa radiazione "cosmica" attraverso appositi rilevatori sulle cime delle montagne e trasportati da mongolfiere, hanno mostrato che essa è dovuta a piogge di particelle originate quando nucleoni ad alte energie (soprattutto protoni) dallo spazio esterno scontrano gli atomi nella parte pià alta dell'atmosfera terrestre. Queste ricerche hanno rivelato che le particelle così originate, conosciute come raggi cosmici, sono non solo elettroni, protoni e neutroni della materia che ci è familiare, bensì anche particelle di altri tipi.

La mongolfiera di Hess

Vicino alla superficie terrestre, i raggi cosmici sono formati da muoni. Si tratta di particelle molto simili agli elettroni, ma 210 volte più pesanti. Diversamente dagli elettroni, inoltre, i muoni non vivono per sempre. Anzi, dopo una vita media di 2.2 microsecondi, un muone si trasformerà in un elettrone, perdendo la massa in eccesso sotto forma di energia cinetica condivisa tra l'elettrone e due particelle neutre. Una di queste è un neutrino elettronico e l'altra è un neutrino muonico, che è una versione molto leggera (eventualmente priva di massa) del muone.

Pioggia di raggi cosmici

I muoni dei raggi cosmici appaiono principalmentedal decadimento di particelle con vita breve. Alcune di queste particelle, come avviene per i protoni e i neutroni, sono formate da quark up e da quark down. Altre contengono un terzo tipo di quark, chiamati "strange" quark.

Quindi, per comprendere la materia che esiste sotto forma di raggi cosmici abbiamo bisogno di un numero maggiore di componenti rispetto a quelli che bastano per formare gli atomi della materia ordinaria. Oltre all'elettrone, al neutrino elettronico, ai quark up e down, c'è bisogno del muone, del neutrino muonico e del quark strange.